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硕士论文巯基化合物的合成 摘要 巯基化合物是一类重要的工业原料和重要的医药中间体，主要有硫醇和硫酚两大 类。 本文研究了多种合成硫醇及硫酚的方法，在合成硫醇的过程中，以醇为原料，经溴 化钠溴代合成溴代烷，再经卤代烃的烃化水解制备硫醇。实验重点研究了硫醇的合成工 艺，研究表明：制备硫醇的较佳反应条件为：1 1 ( 溴代烷) ：1 1 ( 硫脲) = 0 9 ：1 ，反应5 h ， 溶剂为9 5 乙醇。硫脲盐水解2 h ，硫醇的收率为8 0 - - , 9 0 ，纯度大于9 9 。 在合成苯硫酚及其衍生物时，采用溴苯及其衍生物为原料，先将其制备成有机镁化 物，再与硫发生加成反应，最后水解得到苯硫酚。研究了反应时间，反应配比，反应温 度以及水解时硫酸的浓度，对该合成工艺的影响，制备有机镁化物时，较佳的反应条件 为：n ( 溴苯) ：n ( 镁) = l ：1 1 ，溶剂为无水四氢呋喃( 唧) ，反应温度7 5 ，反应时间2 h ， 所得有机镁化物的收率为8 5 9 。制备硫镁化合物时，较佳的反应条件为：反应温度 6 5 ，反应时间4 0 m i n ，收率7 2 5 。制备苯硫酚的较佳合成条件为：硫酸水解浓度为 2 2 7 m o l l ( 2 0 ) ，水解温度7 0 ，水解时间5 0 m i n ，苯硫酚收率为6 4 8 。 在合成1 3 萘硫酚的合成中，以p 萘磺酸为原料，经酰氯化和还原合成产物，较佳的 反应条件为：n s sh 三h o 弋 s h h 一 叫卜 苯酚和一氯化硫在极性溶制中经催化剂催化，形成4 ，4 二硫二苯酚将混合聚合物用 锌还原成对巯基苯酚，该法总收率达到9 4 采用一氯化硫代替硫磺后人大提高了反应收 隶【2 8 】 t - o 苯胺经重氮化、酯化、水解法 邻甲苯胺经重氮化、酯化、水解制得其反应式如下： ，n a n 0 2 h 3 o h c l 3+naci+h20 3 c h 3 此法的优点在于重氮化是较为经典的反应理论和实践上这方面的工艺比较成熟 7 1 绪论 硕士论文 苯酚一硫氰酸铵法； 其反应式如下： m 电器m 洲 n o 廿烈一n o 弋 s h 该法以甲醇为溶剂，先进行苯环上对位取代，然后进行碱性水解得对巯基苯酚，总 收率为8 2 ，对巯基苯酚在空气中极易氧化，制备后马上使用或用隋性气体保护【2 引。 酚醚为原料，s 4 c h 试剂缩合法 r a y ，j n 在噻葸系列的合成研究时发现苯甲醚与$ 4 c 1 4 ：缩合后的产物在水中分解， 得到一种粘稠的红色的重油，其颜色具有硫酸特性，将其蒸馏得到间甲氧基苯硫酚和对 间甲氧基苯硫酚的混合物【3 0 】如下式： o m es li i + 中 o m e i 三审 l s h 由这个方法得到的间甲氧基苯硫酚是邻位和对位的混合物，而且收率不详。 s 芳基乙酸氧化法 k a b i l a n ，s 等人报道s 芳基乙酸在矿物酸催化下被双氧水氧化，通过选择性断裂s 乙酸建得到相应的硫酚和乙醛酣3 1 1 。反应方程式如下： a r s c h 2 c o o h 粤a r s h + o h c c o o h s c a b i d d u 等人报道了以六甲基磷酞胺为溶剂，- 7 , 基胺钠( 或锂) 试剂可以选择性 地脱去s 烷基键，使得芳基硫化物作为一个很好的离去基团，从而得到对应的硫酚【3 4 1 。 p s n a n c ( c z h l ) 2y h 8 ( r l = h ，h 3 c ，h 3 c o ，c 2 h 5 ；r 2 = h ) 硕士论文 巯基化合物的合成 在上述反应式中当r l 铀h 3 c o ，r 2 = h 时断裂s - c h 3 键便得到间甲氧基苯硫酚，使 用二乙基胺钠和二乙基胺锂时收率分别为8 8 和4 7 。此法存在需要耗用昂贵的六甲基 磷酰胺溶剂和- - z , 基胺钠试剂，以及原料来源受到限制等缺点，因此难以工业化。 1 4 论文工艺路线的拟定 烷基硫醇的合成方法有诸多相关报道，通过对烷基硫醇的合成的工艺路线的比较， 从工业化的角度来分析，较为有前景的有硫氢化钠的烃化和硫脲的烃化水解法，硫氢化 钠法的工艺通过改进，产率可在8 0 以上【3 卯。但是该法的主要缺点是副反应多，过程较 难操作，反应过程中产生的硫化氢气体会造成环境的污染。硫脲发生产的产品，纯度较 高，生产过程污染少，转化率较高，特别是随着人们环保意识的不断增强以及环保立法 要求的越来越严格，保护环境已成为人们开发和研究环境友好新工艺的重要动力。人们 追求的目标是使原料中的每一个分子都转化成产品，不产生任何废物和副产品，实现产 物的零排放，而且不采用有毒有害的原料、催化剂和溶剂，并生产环境友好的产品。为 了实现工业化应用，新工艺还必须能够提高选择性、增加产率、降低能源消耗等，以实 现明显的经济效益。无论从原料、操作，环境友好的角度来讲，硫脲的烃化水解法为较 理想的工艺路线。因此，初步确定选用这条合成路线为合成烷基硫醇的工艺路线。 硫酚的合成方法常通常采用氯磺酸法、氯苯法、苯酚法等；氯磺酸的腐蚀性大，遇 水反应剧烈，给工艺、设备和运输带来困难而且该法工艺复杂，反应周期长，总收率低， 成本高，最大的弱点是三废不易处理。氯苯法在反应过程中用到p d 作催化剂。有两个 尚待解决的问题：一是催化剂使用寿命短，中毒后的催化剂尚未找到理想的再生方法； 二是催化剂是用醋酸锌和4 q 活性炭制备，这两种原料来源少、价格高。而苯酚法，需 要较高的反应温度，而且反应的转化率也不是较为理想。通过先将原料制备成格氏试剂， 再经过转化合成硫醇的方法，反应条件温和，由于格氏试剂的活泼性，也使得后续反应 容易进行，既避免了高温高压的反应条件，又不会对环境造成污染，同时也不会为处理 带来麻烦。综合以上分析，我们从环境友好，反应操作简便，易控制的角度上考虑，选 取通过格氏试剂来制各苯硫酚及其衍生物作为工艺路线。 1 5 本课题的研究内容 课题分别研究了几种巯基化合物的制备方法，首先选取了硫脲的烃化水解来制备烷 基硫醇，通过以不同的碳数的溴代烷做底物，研究了碳链对反应的影响。其次，选取格 氏试剂法来制备苯硫酚及其衍生物，此种方法未见文献报道，具有较高的探索价值，论 文重点对反应的工艺条件进行了研究，为制备硫酚的新工艺提供了有利的实验数据。最 后，本文还对氯磺化还原法制备了p - 萘硫酚进行了研究。 9 l 绪论硕士论文 ( 1 ) 硫醇的合成 以直链醇为原料，先经溴代，合成溴代烷，再经硫脲的烃化制备出异硫脲盐，最后 经碱水解得硫醇。 醇的溴代：c s h l 7 0 h + h 2 s 0 4 _ c 8 h 1 7 0 s 0 3 h + h 2 0 c a h l 7 0 s 0 3 h + n a b r _ c s h i t b r + n a h s 0 4 硫醇的合成： c g h l 7 b r 删一k 厂h 2 n 一亘竺h 2 r j |。 + n 2 h c - 】虾【广c 卟i o h 。 i l c 8 h 17 s h + h j n c n h 2 h b r 主要研究了以正辛醇为底物时，在制备正辛硫醇时的反应时间，反应温度，原料配 比等因素，以及溶剂对反应的影响，从而确定工艺的较佳反应条件。然后在较佳的工艺 条件下，又选取了三种不同底物进行实验，证明了此种方法的可行性。 ( 2 ) 硫酚的制备 以卤代苯为原料，先与金属镁生成金属镁化物，再和硫粉发生亲核加成反应，最后 再经硫酸水解得到苯硫酚。 x m g , c 2 i - 1 5 b r t 邯 s g r i g n a r dr e a c t i o n 对反应时间、反应温度、原料配比等因素进行研究，以确定其较佳工艺条件，同时， 选取底物氯代苯、溴代苯、碘代苯、2 溴苯甲醚进行了实验。 ( 3 ) p 一萘硫酚的合成 以p - 萘磺酸钠为原料，先氯磺化为p 一萘磺酰氯，最后再经铁粉，稀盐酸还原成p - 萘硫酚，论文研究了该工艺的较佳反应条件。 0 丁8 0 1 0 3 n a s o c l 2 0 了叩 0 了跚 硕士论文巯基化合物的合成 2 硫醇的制各 2 1 实验原理及反应机理 溴代烷的合成反应式为： n a b r + h 2 s 0 4 一h b r + n a h s 0 4 h b r + c s h l 7 0 h 寻当c s h l 7 b r + h 2 0 硫醇的合成反应式为： 快 + 一 c8h 1 广o h + h b r 二c 8h i 广o h 2 + b r m 赢叫矗鞠l 2 。 c s h l 7 0 h + h 2 s 0 4 一陋7 葫2 1 h s o i c g h l 7 0 c 8 h 1 7 + h 2 s 0 4 斗l c 8 h 1 7 0 h c 8 h 1 7i h 8 0 - 厂 + 1 在硫醇的合成中，硫脲极易发生烃化水解反应生成s 烃基异硫脲盐，进一步用碱液 水解即可生成硫醇： 2 硫醇的制各 硕士论文 h 2 n h 2 n a 詈 塑娶旦2 q ，h 2 n 、= o + c s h l 7 s h h 3 0 十h 2 n 2 2 实验部分 2 2 1 试剂与仪器 试剂： 溴化钠 a r 硫脲a r 浓硫酸 a r 乙醇 a r 正丁醇 a r 正己醇 a r 正辛醇 a r 正癸醇 a r 氢氧化钠 a r 无水硫酸镁 a r 无水碳酸钠 a r 仪器： ：2 ：) 仁+ _ c $ h i 7 i 蚤- h ，n 嘲一 南京化学试剂有限公司 南京化学试剂有限公司 上海中试化工总公司 南京化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 上海凌峰化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 宁试化学试剂有限公司 上海统亚化工科技发展有限公司 南京宁试化学试剂有限公司 ( 1 ) j - 1 3 5 0 一d 型增力电力电动搅拌器 ( 2 ) d f 10 1 2 z集热式恒温加热磁力搅拌器 ( 3 ) j t2 0 2 n分析天平 ( 4 ) d g f 3 0 1 i 电热鼓风干燥箱 ( 5 ) h p 4 8 9 0气相色谱仪 ( 6 ) f i n n i g a nt r a c ed s q 气质联用仪 2 2 2 实验步骤及产物表征 以合成正溴辛烷为例，实验操作如下： 在装有温度计、机械搅拌、回流冷凝器的1 5 0 m l 的三口瓶依次加入o 1 m o l ( 1 0 2 8 9 ) 1 2 硕士论文 巯基化合物的合成 的溴化钠、0 0 8 t o o l ( 1 2 6 6 m l ) 正辛醇、0 0 8 3 m o l ( 1 4 9 m l ) 水，反应中加入少量的水，防 止生成的h b r 大量的挥发，保证反应顺利进行，搅拌下室温从冷凝管上方缓慢滴加 0 0 9 2 m 0 1 ( 4 9 m l ) 浓硫酸，约8 m i n 滴完，若在滴加过程中产生大量的白色酸雾，可放慢 滴加速度，滴毕升温，温度控制在1 1 0 - 1 2 0 ，反应6 h 后，溶液分层，上层为红色有 机层，下层为无色溶液并有晶体析出，将产物加入冰水中分液取油层，油层首先加入浓 硫酸洗涤，震荡数次，分液取上层液用水洗涤三次，再用1 0 碳酸钠水溶液调整溶液 p h 值中性后、再用水洗涤三次，分液，加入无水硫酸钠干燥剂干燥，过滤后蒸馏得到 产物正溴辛烷，纯度为9 0 。 以合成正辛硫醇为例，实验操作如下： 在装有温度计、机械搅拌、回流冷凝器的2 5 0 m l 的三口瓶中加入0 1 m o l ( 7 6 1 2 9 ) 的硫脲、5 0 m l 9 5 乙醇溶液，搅拌使硫脲溶解，再将0 0 9 m 0 1 ( 15 6 3 m l ) 正溴辛烷滴加入 反应瓶中，约l o m i n ，回流反应5 h 。反应结束后冷却至室温，加入2 0 n a o h5 0 m l 溶 液，开始水解，反应2 h ，水解结束后得浅黄绿色均一溶液，用5 的稀硫酸调整溶液p h 为1 , - - - 3 后有无色油状物析出，分液得到粗品正辛硫醇，再加入无水硫酸镁进行干燥， 过滤后蒸馏。实验通过与标样对比和g c m s 鉴定为正辛硫醇，谱图如下： o123567891 01 11 2 l q m ( r n i n ) 图2 2 1正辛硫醇的气相色谱图 f i g 2 2 1g co fn o e t y l m e r c a p t a n n l ： 1 0 6 e 8 t i cf ：m s 9 0 3 3 1 - l i u c h u n 1 3 2 硫醇的制备硕士论文 如图2 2 1 ，4 6 8 对应的保留时间为正辛硫醇的保留时间( 标样为4 6 9 ) ，1 0 3 1 对应的为正辛硫醚的保留时间，1 0 9 1 对应的为正辛二硫醇的的保留时间。 9 0 3 3 1 u c h u n # 1 7 1r t 4 6 8a v ：1n l ：1 0 3 e 7 n l 屠 图2 2 2 正辛硫醇的质谱 f i g 2 2 2m so f n - o c t y l m e r c a p t a n 如图2 2 2 ，质荷i ：l , ( m + 1 z ) 1 4 5 8 8 对应的是正辛硫醇的分子离子峰。 2 3 结果与讨论 醇的溴代反应，工艺已经相对成熟，反应条件比较容易控制，有大量文献对此进行 了报道，本文的反应条件参考了文献【3 6 】报道的有关溴代烷的合成与表征等方法。论文重 点对合成硫醇中影响其产率和纯度的硫脲盐的生成和水解等关键因素进行了研究。 2 3 1 乙醇溶剂用量对反应的影响 在2 5 0 m l 三口瓶中加入一定量正溴辛烷、硫脲、相同浓度不同用量的9 5 乙醇溶 液，回流反应5 h 。反应结果如表2 3 1 ： 1 4 硕士论文巯基化合物的合成 表2 3 1 乙醇溶剂用量对反应的影响 t a b 2 3 1t h ea m o u n to fe t h a n o lu s e da sas o l v e n ta f f e c t so nt h er e a c t i o n 加入碱液进行水解反应时发现溶剂乙醇用量过少，不能使硫脲完全溶解，不利于烷 基硫脲盐的生成，对收率影响较大。由于纯乙醇溶液是单一溶剂溶解，效果没有乙醇水 的混合物的溶解性好，而且在反应中同样影响产物的收率。所以最适宜乙醇的用量为 5 0 m l ，浓度为9 5 。 2 3 2 正溴辛烷与硫脲的物料配比对反应的影响 在2 5 0m l 三口瓶中加入不同量的正溴辛烷、硫脲、5 0 m l9 5 乙醇溶液，回流反应 5 h 后进行水解反应可以看出原料的配比影响着产品的收率，改变原料的配比，反应结果 如表2 3 2 ： 表2 - 3 2 正溴辛烷与硫脲的物料配比对反应的影响 t a b 2 3 2n em o l er a t i oo f a l k y lb r o m i d e lt ot h i o u r e aa f f e c t so nt h er e a c t i o n 为提高产品收率应适当的提高正溴辛烷与硫脲的摩尔比。但硫脲摩尔比过大也会加 剧副反应的发生，生成部分的二硫醇而影响产率。当正溴辛烷与硫脲的配比为0 9 ：1 时， 硫醇的收率最高。 2 3 3 正溴辛烷不同加料方法的影响 在2 5 0m l 的三口瓶中加入5 0m l 9 5 乙醇溶液、o 0 9 m o l ( 1 5 6 3 m l ) 正溴辛烷、 0 1 m o l ( 7 6 1 2 9 ) 硫脲回流反应5 h 后加入碱液进行水解反，采用了不同的加料方式，对反 应的产率进行了考察，结果如表2 3 3 ： 2 硫醇的制备 硕士论文 表2 3 3 正溴辛烷不同加料方式的对反应的影响 t a b 2 3 3d i f f e r e n tc h a r g i n gw a y so fn o c t y lb r o m i d ea f f e c t so nt h er e a c t i o n 从以上的结果可以看出该反应易采用滴加正溴辛烷的加料方法滴，加速度不宜太 快，应控制在不快于2 滴秒。 2 3 4 硫脲盐制备时间的影响 在2 5 0m l 三口瓶中加入硫脲0 1 m o l ( 7 6 1 2 9 ) 、5 0m l9 5 乙醇溶液，搅拌待硫脲 溶解后将正溴辛烷o 0 9 m o l ( 1 5 6 3 m 1 ) 滴加入反应瓶中，在回流条件下反应不同的时间， 然后再加入碱液进行水解反应，所得的反应结果如下表2 3 4 ： 表2 3 4 硫脲盐制备时间的影响 t a b 2 3 4t i m eo f t h i o u r e as a l tp r e p a r a t i o na f f e c t so i lt h er e a c t i o n 从以上数据可以看出制备硫脲盐的时间也同样的将影响着产物的收率，反应时间过 短，硫脲盐不能很好的生成，而反应时间过长，硫脲盐的产率也没有明显的提高，所以 最适宜的反应时问以5h 。 2 3 5 碱液浓度对反应的影响 在2 5 0 m l - - - 1 2 1 瓶中加入o i m o l ( 7 6 1 2 9 ) 硫脲、5 0 m l9 5 乙醇溶液，o 0 9 m 0 1 ( 1 5 6 3 m l ) 正溴辛烷搅拌下滴加入反应瓶中、回流反应5 h 后加入5 0 m l 不同浓度的碱液进行水解 反应，所得结果如表2 3 5 。 表2 - 3 5 碱液浓度对反应的影响 t a b 2 t 3 5a l k a l ic o n c e n t r a t i o na f f e c t so nt h er e a c t i o n 1 6 硕士论文 巯基化合物的合成 从以上的结果可以看出不同浓度的碱液影响着水解反应的效果，碱液浓度过低，反 应将不完全，影响收率；浓度过高又可能发生副反应生成其它副产物，同样影响了反应 的产率。所以，碱液浓度以2 0 为最佳。 2 3 6 水解时间对反应的影响 在2 5 0 m l 三i ：3 瓶中加入o 1 m o l ( 7 6 1 2 9 ) 硫脲、5 0 m l9 5 乙醇溶液，用滴加的方式 加入0 0 9 m o l ( 1 5 6 3 m l ) 正溴辛烷、回流反应5 h ，再加入碱液进行水解，反应所的结果如 表2 3 6 表2 3 6 水解时间对反应的影响 t a b 2 3 6t i m eo f h y d r o l y s i sa f f e c t so nt h er e a c t i o n 从以上数据可以看出水解反应时间过短反应收率较低，可能是由于应不完全，水解 反应时间过长生成的正辛硫醇经气质检测应生成了含量较高的r s s r 、r s r 副产物，增 加反应的处理难度，从而影响了反应的产率。 2 3 7 回收乙醇溶液的反应结果 将反应的废液进行蒸馏得到回收乙醇溶液，将回收的乙醇溶液重新用于反应中，考 察了其对反应的影响，结果见表2 3 7 ： 表2 3 7 回收乙醇溶液的反应结果 t a b 2 3 。7r e c y c l i n ge t h a n o ls o l u t i o na f f e c t so nt h er e a c t i o n 从以上的数据可以看出，回收后的乙醇中可能含有的其它杂质，如h 2 0 、r s r 、r s s r 等，它们会引起或者加速副反应的发生从而对产品的收率产生影响。 2 4 选取其他底物的反应情况： 以正辛硫醇合成的最佳工艺条件作为参考，选取了正丁醇、正己醇、正癸醇、十二 烷醇作为底物，经溴代、硫脲的烃化水解制备相应的硫醇。由于正丁醇，正己醇沸点 1 7 2 硫醇的制备硕士论文 偏低，在溴代过程中反应温度可以适当降低，分别在7 0 * ( 2 和9 0 ( 2 下进行，反应时间均 缩短为4 h ，处理后的产物中，正溴癸烷和十二溴代烷略带黄色，其余产物均为无色透明 溶液，经气谱检测含量均在8 0 以上，结果见表2 4 1 ： 表2 4 1 不同底物溴代反应结果 t a b 2 4 1d i f f e r e n ts u b s t r a t eo fb r o m i d ea f f e c t so nt h er e a c t i o n 硫脲盐的制备以及水解反应的条件均采用制备正溴硫醇的最佳工艺条件，处理后的 产物中正癸硫醇呈浅绿色，产率偏低，其余为无色透明溶液，反应结果见表2 4 2 ： 表2 4 2 不同底物合成硫醇的反应结果 t a b 2 4 2d i f f e r e n ts u b s t r a t eo fp r e p a r i n gm e r c a p t a l la f f e c t so nt h er e a c t i o n 2 5 本章结论 ( 1 ) 以直链醇为原料，经溴代( n a b 棚2 s 0 4 ) 合成溴代烷，工艺的较佳条件为： n ( 溴化钠) ：1 1 ( 正辛醇) ：1 1 ( 浓硫酸) ：1 1 ( 水) = 1 ：o 8 ：0 9 2 ：0 8 3 ，加入适量的水使反应产 生的h b r 减少挥发，从而减少了原料的损失，反应温度为1 1 0 ，反应时间6 h ，产物经 浓硫酸、碳酸钠、水等处理后，纯度可达9 0 以上。 ( 2 ) 采用硫脲的烃化水解法制备硫醇，先将正溴辛烷和硫脲在5 0m l9 5 乙醇溶液 中反应制得异硫脲盐，进一步用碱液水解得正辛硫醇。由于9 5 的乙醇溶液相比纯的乙 醇溶液对原料的溶解性好，所以用9 5 的乙醇溶液。反应的较佳工艺的条